|
à‰tude et mise en place d'un réseau wimax dans la région de Dakar( Télécharger le fichier original )par Youssoupha CASSE Université Cheikh Anta Diop de Dakar - Technicien supérieur en télécoms et réseaux 2002 |
IV. Les contraintes du WIMAX .....24
V. Conclusion 25 CHAPITRE III : MISE EN PLACE DU WIMAX POUR LA REGION DE DAKAR...26I. Introduction 27 6
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
7
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Figure I.1 |
: Fonctionnement du WIMAXErreur ! Signet non |
||
|
défini |
5 |
||
Figure I.2 : Architecture en couche de la norme 802.162.............................................8
Figure III.1 : Densité de la région de Dakar...........................................................26
Figure III.2 : Planification frequentielle Erreur ! Signet non défini.29
Figure III.3 : Repartion de BS dans la region de Dakar Erreur ! Signet non défini.31
Figure III.4 :Couverture cellulaire du departement de Dakar 32
Tableaux :
Tableau II.1 : Les valeurs des constantes a, b et c selon le type du terrainErreur ! Signet non défini.18
Tableau II.2 : Relation entre largeur de canal, débit,
taille de la cellule et ligne de vue
Erreur ! Signet non
défini.21
Tableau III.1 : Répartition de la population dans les départementsErreur ! Signet non
défini.25
Tableau III.2 : Nombre de BS requises pour couvrir les différents départements Erreur !
Signet non défini.27
Tableau III.3 : Paramètres du réseau Erreur ! Signet non défini.28
Tableau III.4 : Parametrage de stations de base Erreur ! Signet non défini.28
Tableau III.5 : Parametre de l'affaiblissement de parcours Erreur ! Signet non défini.30
8
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
9
L'école supérieure polytechnique (E.S.P) forme en deux années d'études des techniciens supérieurs, et en cinq ans des ingénieurs dans plusieurs spécialités.
Dans le cadre de leur formation les étudiants de fin de chaque cycle sont tenus d'effectuer un stage pratique au sein d'une entreprise ou d'un service informatique.
Ce stage est effectué dans le but :
n De fournir aux étudiants la possibilité de mettre en oeuvre les connaissances théoriques acquises tout au long de leur formation.
n D'initier les futurs techniciens supérieurs aux réalités du milieu professionnel et de leur permettre de se faire la main sur des projets d'envergures.
Au terme de ce stage un mémoire et un rapport de stage doivent être rédigés sur un problème qui a été étudié durant ce stage.
C'est à l'issue d'un stage effectué
10
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Aujourd'hui, on est confronté à une forte demande de connexion à internet haut débit et les accès de type ADSL se multiplient, mais ces technologies sont limitées par leur débit et leur portée et ne permettent pas la souplesse d'utilisation que procure un réseau sans fil comme le Wifi (Wireless Fidelity).
Cependant l'utilisation excessive des cables a tendance à être remplacée par le sans-fil. Depuis quelques années, le Wifi révolutionne les réseaux mais on parle déjà d'une nouvelle technologie : le WIMAX.
WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) est un standard de réseau sans fil métropolitain ratifié par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineer) sous le nom IEEE-802.16. C'est une alternative pour des connexions sans-fil à haut débit sur des zones de couverture de plusieurs kilomètres.
Ce projet de fin d'étude aura pour but de nous permettre de mieux compréhension la technologie WIMAX, son fonctionnement, ses domaines d'application et son déploiement sur une zone bien déterminée.
Ce mémoire sera divisé en trois chapitres :
Le premier chapitre fera l'objet d'une étude détaillée de la technologie en explorant son objectif, son architecture, son mode de fonctionnement, ses avantages et inconvénients.
Le second chapitre sera consacré à l'ingénierie da la technologie. On présentera les différentes étapes de la planification tout en précisant les modèles de propagation pouvant être utilisés. Le choix du dimensionnement, le calcul de
la portée d'une cellule WIMAX et du nombre de stations de base seront aussiétudiés.
Le troisième chapitre sera dédié à une étude de cas pratique ; il s'agira de mettre en place un réseau WIMAX pour la région de Dakar.
1
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
2
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
I. Introduction
WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) est avant tout une famille de normes, définissant les connexions à haut-débit par voie hertzienne. C'est également un nom commercial pour ces normes, comme l'est le Wifi pour la norme 802.11.
WIMAX décrit des technologies hertziennes destinées à des architectures point-multipoint c'est à dire à partir d'une antenne centrale on cherche à joindre de multiples terminaux.
Dans ce chapitre on étudiera cette technologie de manière détaillé en explorant son principe de fonctionnement, les différents normes utilisées, ses avantages et inconvénients.
II. Contexte et problématique du sujet.
Qu'elle est la meilleure solution pour :
Permettre la couverture de toute la région de Dakar avec du réseau sans fil permettant l'accès à internet haut débit.
Résoudre le problème des zones rurales qui sont aujourd'hui privées d'accès à internet haut débit.
Eviter les problèmes de détérioration des lignes téléphoniques que rencontre l'ADSL.
Amoindrir le coüt d'investissement pour les infrastructures de télécommunication
Eviter le pillage des câbles en cuivre avec comme conséquences des coupures de services, un cout d'entretien élevé pour remplacer le cuivre volé ou le sécuriser.
Eviter les travaux de génie civil.
Acheter une licence moins couteuse.
Garantir une qualité de service (QoS) permettant le fonctionnement de la voix sur IP.
3
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Grâce à ses avantages, le WIMAX parait être une solution prometteuse pour les problèmes d'accès haut débit pour la région de Dakar.
WIMAX, est une initiative du consortium « WIMAX Forum », créée (entre autres) pour permettre la convergence et l'interopérabilité entre deux standards de réseaux sans fils auparavant indépendants : HiperMAN proposé en Europe par l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute) et 802.16 proposé par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Le WIMAX est un ensemble de normes techniques basées sur le standard de transmission radio 802.16. Il est principalement utilisé pour les MAN (Métropolitain Area Network) et plus spécialement au niveau de la boucle locale radio c'est à dire entre l'abonné et le premier commutateur de rattachement. Le WIMAX a un débit théorique de 70Mbits/s avec une portée de 50 kilomètres. En pratique, les débits constatés n'excèdent pas les 12 Mbits/s sur une distance de 15 Kilomètres.
i. Principe de fonctionnement du WIMAX
Le principe de fonctionnement du WIMAX est simple : une antenne centrale, reliée en fibre optique au réseau des fournisseurs d'accès à Internet, envoie les paquets de données vers les antennes des abonnés ou vers une antenne intermédiaire. Ce mode de communication est appelée point-multipoints. Tout se passe par ondes radio, sans connexion filaire. Les ordinateurs qui se trouvent dans la zone couverte bénéficient alors d'une connexion à haut débit à Internet, sans fil et sans nécessité d'utiliser la ligne téléphonique.
4
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Figure I.1 : fonctionnement WIMAX
ii. WIMAX fixe et WIMAX mobile 1. WIMAX fixe
Egalement appelé IEEE 802.16-2004, le WIMAX fixe est prévu pour un usage fixe avec une antenne montée sur un toit. Il opère dans les bandes de fréquence 2.5 GHz et 3.5 GHz pour lesquelles une licence auprès de l'agence de régulation des télécommunications est nécessaire. Il opère aussi sur la bande libre de 5.8GHz.
Les normes :
L'IEEE 802.16d ou L'IEEE 802.16-2004
Cette norme est aujourd'hui utilisée par tous les utilisateurs du WIMAX fixe, elle apporte certaines améliorations aux normes IEEE 802.16, IEEE 802.16a, IEEE 802.16c qui sont aujourd'hui devenus obsolètes. C'est donc cette norme qui a été choisie pour déployer le réseau WIMAX fixe depuis juin 2004. Celle-ci utilisant la bande de fréquence allant de 2 à 11 GHz et délivrant un débit montant et descendant d'environ 75 Mbit/s sur une portée d'environ 10 Km.
5
L'IEEE 802.16f
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Cette norme a été validée en août 2004, il a permis de faire évoluer la norme 802.16 au niveau LAN (Réseaux locaux) et MAN (Réseaux métropolitains), cette norme est aujourd'hui incluse dans la norme standard du WIMAX Fixe, le 802.16 d.
2. WIMAX mobile
Egalement appelé IEEE 802.16e, le WIMAX mobile prévoit la possibilité de connecter des clients mobile au réseau internet. Ainsi il ouvre la voie à la téléphonie mobile sur IP ou plus largement à des services mobiles hauts débit. Le WIMAX mobile permettrait de se déplacer tout en restant connecté à Internet, ceci par l'intermédiaire d'un appareil mobile équipé d'une carte WIMAX. Autrement dit, de se déplacer dans l'intégralité d'une zone couverte par l'intermédiaire d'une antenne centrale sans déconnexion. Par la suite le WIMAX permettra de passer d'une zone de couverture à une autre sans déconnexion.
Les normes : L'IEEE 802.16e
Cette norme a été validée en septembre 2004 et elle utilise la bande de fréquence allant de 2 à 6 GHz, elle permet en pratique de se connecter en haut débits en se déplaçant a moins de 122 Km/h, le tout avec des débits montants et descendants de 30 Mbit/s, en revanche la portée de celui-ci serait réduite a environ 3,5 Km, il faudrait donc passer d'un réseau à l'autre afin de ne pas subir de déconnection. Le WIMAX mobile serait une véritable alternative pour les réseaux de transports.
Cette technologie offre aussi la possibilité d'établir des réseaux temporaires, ceci pouvant se voir utile en cas d'urgence. Cette norme est totalement compatible avec le WIMAX fixe puisqu'elle offre une interopérabilité entre les plates-formes fixes 802.16a et les plates-formes mobiles 802.16e.
6
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
L'IEEE 802.16g
Cette norme a été validée en août 2004, elle étendait la mobilité du WIMAX du mobile sur des couches réseaux supérieures, mais celle-ci a été remplacé par la norme 802.16e.
L'architecture du réseau WIMAX se compose de stations de base et des stations mobiles ou clientes (SS, Subscriber Station). La station de base joue le rôle d'une antenne centrale chargée de communiquer et de desservir les stations mobiles qui, à leur tour, servent les clients utilisant le WIFI ou l'ADSL.
La station de base est constitué de deux modules :
· Module << indoor >> qui contient le processeur, le modem, l'interface Ethernet et un module radio.
· Module << outdoor >> qui contient un module radio et une antenne d'émission-réception.
En plus de la station cliente qui contient les deux modules avec les mêmes rôles que pour la BS, il faudra avoir un terminal similaire au modem ADSL pour assurer la connexion.
V. Les principaux équipements du réseau
i. La station de base BS
Elle ressemble aux stations cellulaires classiques. Elle peut comporter un ou plusieurs secteurs. Les fonctionnalités qu'elle intègre varient d'un équipementier à un autre (bande de fréquence, gain, support du NLOS...) et font la différence en terme de performances et donc de coût.
ii. Les stations terminales
A la différence des réseaux mobiles, où tous les terminaux ont des antennes omnidirectionnelles, les réseaux WIMAX combinent des équipements indoor et
7
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
des équipements outdoor à antennes souvent directionnelles. Les unités indoor présentent un gain d'antenne plus faible afin de réduire la taille de l'équipement et réduire les coûts ce qui aboutit à une diminution du gain du système de 6 dB.
L'IEEE 802.16 a été développée en suivant une architecture en couche. Elle est constituée d'une couche MAC (Media Access Control), et d'une couche PHY (physique).
Figure I.1 : architecture en couche de la norme 802.16
i. La couche MAC
L'IEEE 802.16 a été conçue pour des applications sans fil à large bande de type point-multipoint. Elle prend en charge le transport des cellules ATM mais
8
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
aussi celui des paquets IP, et joue un rôle important dans la gestion de la qualité de service (QoS).
La couche MAC s'appuie sur 3 sous-couches : une couche de convergence spécifique SSCS (Service Specific Convergence Sublayer), une couche commune CPS (MAC Common Part Sublayer), et une couche sécurité PS (Privacy Sublayer).
1. La couche SSCS
La SSCS fournit toute transformation de données ou le mappage de réseaux externes reçu par la CPS. Pour le raccordement de réseaux externes, la SCSS fournit 2 sous couches de convergence (CS : convergence sublayer) :
· Pour les réseaux ATM : il s'agit d'une interface qui associe les différents services ATM avec la couche MAC CPS.
· Pour les réseaux à base de paquet : il est utilisé pour le mappage de tout protocole à base de paquet, tel que Ethernet, PPP, et les protocoles internet tel que, IPv4, IPv6.
2. La couche CPS
La CPS fournit les règles et les mécanismes d'accès, l'allocation de la bande passante, et la maintenance de la connexion. Elle reçoit les données des sous couches de convergence. De plus, elle gère également la partie qualité de service (QoS).
3. La couche PS
La PS est le lien qui réunit la couche MAC à la couche physique. Elle fournit la sécurité à travers le réseau sans fil à large bande en cryptant la connexion entre la station de base et l'abonné au service. De plus, la PS est utilisé pour l'authentification et l'échange de clefs de sécurité.
9
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
ii. La couche physique
La couche physique pour la spécification 10-66 GHz se base sur une propagation en ligne de vue (line-of-sight).
Les stations qui communiquent ensemble sont visible l'une de l'autre directement sans obstacle.
Pour la spécification 2-11 GHz, la couche physique a été implémentée pour répondre au cas où les stations communiquent « en non ligne de vue » (non-lineof-sight), dans le cas des environnements urbains avec la présence d'obstacles entre 2 stations.
Pour répondre à ces spécifications, trois types d'interface de transmission ont été définies :
- SC 2 (Single Carrier): Elle définit une transmission sur un seul canal de fréquence.
- OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) : cette interface utilise plusieurs bandes de fréquence qu'elle divise en plusieurs porteuses pour la transmission d'un signal. Chaque bande est utilisée à des fins différentes.
- OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) : similaire à l'OFDM, cette interface offre un plus grand nombre de porteuses du fait du multiplexage effectuée sur la fréquence.
Le WIMAX est typiquement utilisé en tant qu'alternative aux liaisons spécialisées et accès Internet de toutes sortes pour les applications suivantes :
· Réseaux urbains avec de hautes vitesses de transmission pour la voix et les données.
· Connecter à Internet des quartiers périphériques ou des villes de banlieue
· Réseaux privés inter-sites pour les entreprises
10
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
· Sécurité publique et surveillance pouvant inclure des applications vidéo sur IP Relais sans fil pour les Hot Spot Wifi
· Réseaux sans fils régionaux avec de applications données et voix pour l'industrie et les transports
· Communications sans fils intégrant la VoIP.
Déploiements temporaires : événements religieux, chantiers, infrastructure de secours sur une catastrophe naturelle ;
i. Avantages
Le WIMAX permet une connexion sans fil entre une station de base et plusieurs centaines d'abonnés sans ligne visuelle directe (Line of sight)
Par rapport au WIFI (Wireless fidelity) qui est une technologie sans fils par onde hertzienne avec une portée du signal de quelques centaines de mètres et un débit maximum d'environ 11Mbits/s Le WIMAX dispose d'une technologie gérant la bande passante. Ainsi, un utilisateur qui effectue une opération qui demande beaucoup de ressources (une vidéo conférence de haute qualité par exemple) disposera d'une large bande passante.
L'avantage par rapport à l'ADSL est le coüt d'installation car pour avoir l'ADSL il faut tirer de la fibre optique entre chaque DSLAM. Cette fibre à un coût très élève et est très difficile à installer bien qu'aujourd'hui les techniques ont évoluées.
Par rapport à l'UMTS, l'avantage est le débit et toujours le cout d'installation. L'UMTS est une des technologies de téléphonie mobile de troisième génération (3G) très cher à installer et qui a un débit de 1.920Mbits/s
ii. Inconvénients
Contrairement au Wifi, le WIMAX met plus de temps pour s'implanter alors que le Wifi est « libre ». Pour qu'un opérateur puisse offrir un service
11
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
WIMAX, il devra d'abord obtenir une licence d'exploitation auprès d'une autorité publique.
Pour avoir des distances et des débits optimaux, émetteur et récepteur doivent être en « ligne de vue ».
Le WIMAX ne pourra franchir que de petits obstacles comme un arbre ou une maison mais le signal est incapable de passer au travers de collines ou de grands immeubles
Le débit en présence d'obstacle est fortement diminué (on parle de 20 Mbits/sec).
IX. Conclusion
Le WIMAX est une technologie utilisée pour introduire Internet très haut débit en milieu rural ou reculé, mais aussi pour créer des liaisons spécialisées, des VPN (Virtual Private Network) entre des sites distants... Le WIMAX est particulièrement adapté pour les régions avec des réseaux filaires complexes, où les coûts de mises à niveau sont trop élevés et où le passage des câbles nécessite un très grand investissement de temps et d'argent.
12
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
13
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
I. Introduction
Le dimensionnement d'un réseau WIMAX est une tache liée au processus de planification de la couverture. Pour dimensionner une zone quelconque, il faut nécessairement faire une analyse du bilan de liaison en premier lieu afin d'estimer l'affaiblissement maximal du parcours entre mobile et station de base. Ensuite faire le calcul de la portée maximale ou du rayon de couverture maximale en utilisant les modèles de propagation conformément au type de terrain d'étude. Connaissant la taille de la cellule, on en déduit le nombre de Stations de Bases (BS) nécessaires pour couvrir la zone en question (région de Dakar).
II. Dimensionnement et planification
Pour dimensionner et planifier un réseau WIMAX, il faut faire le choix de la bande de fréquence à utiliser, des modèles de canaux ou modèle de propagation à utiliser pour réduire la couverture d'une station de base et la couverture du système entier.
i. Choix de la Bandes de Fréquences
Lors de la planification d'un réseau, il faut faire un choix entre les bandes de fréquence disponibles. Un certain nombre de contraintes doivent être prises en compte avant la sélection des bandes :
· Disponibilité (licence) du spectre,
· Agrégation de la demande en termes de capacité dans la zone de service,
· La densité des utilisateurs dans la zone de service,
· Les spécificités géographiques de la zone en question,
· Le niveau d'interférences dans les bandes dépourvues de licence,
· Le coüt de l'équipement radio.
14
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
La sélection de la bande de fréquence à utiliser a une influence capitale sur le dimensionnement et la planification du réseau. A basses fréquences, les caractéristiques de propagation du signal sont meilleures, seulement la bande passante disponible est limitée. Il est important de vérifier si le nombre d'utilisateurs se connectant à une station de base est limité par la capacité ou par la couverture de la BS. Dans les zones rurales ou à population peu dense, le nombre de clients pouvant être connectés dépend de la couverture de la station de base. En revanche, dans les zones à population dense, pour garantir une certaine qualité de service (QoS), il est nécessaire d'avoir des BS additionnels car le nombre de client de la zone de couverture sera élevé.
ii. Les modèles de canaux ou modèles de propagation
1. Rôle des modèles de propagation
Les modèles de propagation simulent la manière avec laquelle les ondes radio se propagent dans l'environnement d'un point à l'autre. Les caractéristiques de l'environnement telles que la topologie du terrain (appartements, collines...) doivent être prises en considération pour une modélisation exacte des ondes radio.
2. les types de modèle de propagation
Les modèles de propagation varient selon que l'émetteur et le récepteur sont en ligne de vue (LOS : line-of-Sight) ou non (NLOS : Non-line-of-Sight) ; En ligne de vue, c'est le modèle Free Space qui est spécifié. En non ligne de vue, pour un réseau WIMAX, le modèle adéquat pour prédire le devenir d'un signal lors de sa transmission vers le récepteur, est le modèle d'Erceg ou le modèle SUI (IEEE 802.16).
a. Le modèle de propagation Free Space
Ce modèle est employé pour déterminer l'affaiblissement de parcours en situation de ligne de vue sans obstacle au niveau de la zone de Fresnel. Ce modèle se base sur l'équation de Friis qui permet d'obtenir un ordre de grandeur
15
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
de la puissance radio collectée par un récepteur situé à une certaine distance d'un émetteur en espace libre.
L'équation suivante montre l'affaiblissement de parcours en fonction de la distance :
Avec:
d = distance entre deux antennes dans l'espace libre (en m). ë = longueur d'onde (en m).
Cette équation reste valable que pour des distances supérieures à la longueur d'onde. Dans le cas où la distance serait inférieure à la longueur d'onde, certains facteurs physiques comme les dimensions de l'antenne forcent l'utilisation de l'équation des champs électromagnétique. Autrement dit l'équation de Friis.
Dans sa forme la plus simple, l'équation de Friis s'écrit :
Avec:
Pr = puissance disponible au niveau de l'antenne réceptrice. Pt = puissance délivrée par l'antenne de transmission.
Gr = gain de l'antenne réceptrice.
Gt = gain de l'antenne de transmission.
b. IEEE 802.16 (SUI Model)
Ce modèle est utile pour les systèmes WIMAX avec de petites cellules, des antennes de BS (station de base) à faible hauteur, et des hautes fréquences. Ce modèle est optimisé pour une fréquence de 1,9 GHz et est utilisé pour les réseaux qui respectent ces conditions suivantes :
? Rayon de la cellule compris entre 100 m et 8 Km ;
16
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
· Les antennes sont installées sur les murs ou sur des toits avec une hauteur de 2 à 10 m au niveau du récepteur ;
· Les antennes de la station de base ont une hauteur de 10 à 80m ;
· Les pourcentages de couverture sont élevés (80% à 90%) ;
Pour ce modèle, les types de terrains suivants sont recommandés :> Type A : Caractérisé par des collines, une densité d'arbres modérée à élevée (zones urbaines) ;
> Type B : Caractérisé par des collines, une densité d'arbres faible ou nulle (vallée);
> Type C : Caractérisé par des vallées plates, une densité d'arbres faible.
Pour tout type de terrain, l'atténuation du parcours est donnée par la formule suivante :
Avec:
ë = longueur d'onde (m) ;
d0 =100 m ;
d = distance entre émetteur et récepteur (en m) ; = (a - b x hb + c/hb) ;
hb est la hauteur de la station de base (en m).
Les termes Xf et Xh sont respectivement des termes de correction pour la fréquence et la hauteur du récepteur par rapport au sol. Ces corrections sont définies par :
17
et
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
f = fréquence en MHz
hr = hauteur du récepteur
S = effet de shadowing. 8.2 < S < 10.6
a, b, c sont des constantes dépendantes de la catégorie du terrain, dont les valeurs sont données dans le Tableau suivant:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|||
Tableau Ii1 : des valeurs des constantes a, b et c selon le type du terrain c. Modèle d'Erceg
Ce modèle est utilisé pour les zones urbaines, sous-urbaines et rurales. L'intervalle de fréquences est prolongé jusqu'à 2GHz avec des corrections concernant le type de terrain :
· Terrain A : perte de chemin maximale, terrain avec des collines et une densité d'arbres variable. Ce modèle est utilisable en zone urbaine.
· Terrain B : perte de chemin intermédiaire entre A et C.
· Terrain C : perte de chemin minimale, terrain plat avec une faible densité d'arbres.
La perte de chemin est donnée par : pour d>d0
|
est la longueur d'onde en m. |
18
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
= exposant de perte de chemin (exprimé précédemment).
iii. Link Budget ou budget de liaison
1. Utiité
L'analyse du bilan de liaison est une partie nécessaire du procédé de planification qui aide à dimensionner la couverture requise, la capacité et la qualité exigées par le réseau. Il est utile pour le calcul de l'atténuation de parcours maximale entre la station de base et le récepteur. Cette atténuation détermine la portée de chaque station de base, sa couverture et le nombre nécessaire pour couvrir une zone donnée. Le budget de liaison permet aussi d'équilibrer le uplink et le downlink.
Pour déterminer l'atténuation de parcours maximale à partir du budget de liaison, plusieurs paramètres doivent être calculés.
2. Formules de calcul du budget de liaison a. Côté émetteur
La Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente (PIRE) est l'élément de base à calculer pour le budget de liaison du coté émetteur. Pour un système de communication radio, la PIRE est définie dans la direction de l'antenne où la puissance émise est maximale. La PIRE est la quantité de puissance qu'il faudrait appliquer à une antenne isotrope (antenne qui distribue de façon égale la puissance dans toutes les directions) pour obtenir le même champ dans cette direction. La PIRE tient compte des pertes dans la ligne de transmission, des connecteurs ainsi que dans le gain de l'antenne. Elle est souvent définie en décibels (dB).
19
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Avec :
Ptmax : Puissance maximale de l'émetteur (en dBm);
Gt : Gain de l'antenne émettrice (en dBi);
A : Affaiblissement de parcours ou réduction de la puissance du signal due a la longueur des câbles, connecteurs, adaptateur, filtre. (en dB).
dBm = dB référencé a 1mW.
dBi = décibel par rapport à 1 isotrope.
b. Côté récepteur
De cette côte, la puissance ou la sensibilité minimum reçue est l'élément de base à calculer. La sensibilité du récepteur est la quantité de puissance en dBm qu'un récepteur doit recevoir pour réaliser une performance spécifique en bande de base.
La sensibilité de récepteur est donnée par :
Avec :
|
|||
W : Bande passante du système (MHz) ; Bw : Puissance de bruit thermique ;
D : débit en bit/seconde ;
Br : Bruit au niveau du récepteur.
c. Côté radio (côté propagation)
Pour calculer l'atténuation de parcours maximale permise entre émetteur et récepteur, on utilise la formule suivante:
Avec :
20
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Ap = atténuation de parcours (en dB)
Sr = sensibilité du récepteur (dBm)
PIRE = Puissance isotrope rayonnée équivalente (dB)
Gr = Gain de l'antenne réceptrice dans la direction de l'émetteur (dB)
Psh = Perte de la puissance du signal due au shadowing (l'effet des ombres) Penv = atténuation due à la pluie, aux nuages à la brume, etc.
Pr = Perte de réception au niveau du récepteur due aux câbles, connecteurs et filtres
Ml = Link Margin ou marge de lien
Mf = Fade Margin ou marge de fading.
iv. Détermination du nombre de stations de base
Le dimensionnement d'un réseau consiste à déterminer le nombre de stations de base nécessaire pour couvrir une zone bien déterminée. Ainsi le rayon de couverture ou la portée d'une station de base doit être calculé. Pour déterminer le nombre de stations de base, il faut :
· En premier lieu estimer l'affaiblissement de parcours maximum en utilisant le Link Budget.
· Ensuite, calculer la portée maximale ou le rayon de couverture maximal en utilisant les modèles de propagation conformément au type de terrain d'étude.
· Déterminer le nombre de stations de base donné par la formule suivante :
Avec : NBS = nombre de stations de base requises pour la couverture. S totale = surface totale a couvrir.
SBS = surface couverte par une station de base basée sur la puissance maximale
telle que : pour une cellule hexagonale
21
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
R = portée maximale
v. couverture d'une cellule
La couverture d'une cellule dépend de la fréquence utilisée et de la densité de population. La norme 802.16-2004 s'est concentrée sur la fréquence 3.5 GHz. Le tableau ci-dessous montre la taille de la cellule et des débits par secteur suivant la zone.
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|||
Tableau II.2 : relation entre largeur de canal, débit, taille de la cellule et ligne de
vue (source : Alcatel Strategy White Paper)III. Choix du type de dimensionnement
Le déploiement d'un réseau est limité soit par la capacité soit par la portée. En général il est plus limité par la capacité que par la portée à l'exception des zones rurales où on a une faible densité et des zones où on a une grande perte de propagation. L'idéal pour un opérateur par exemple est d'assurer en premier une couverture maximale pour ensuite augmenter des canaux ou des stations de base si la demande en trafic augmente.
i. Dimensionnement suivant la capacité
Si le déploiement est limité par la capacité, il faut nécessairement déployer des stations de base avec un espacement suffisant pour servir tous les abonnés. Pour un dimensionnement suivant la capacité, il faut :
22
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
· Déterminer le trafic par abonné
· Déterminer le trafic agrégé pour une zone bien déterminée
· Déterminer la capacité moyenne par secteur
ii. Dimensionnement suivant la portée ou la couverture
Pour ce cas de figure, il faut déployer un nombre minimum de stations de base pour couvrir une zone particulière. En cas de besoin, on pourra ajouter de nouveaux canaux dans chaque station de base si on a une disponibilité spectrale, sinon on ajoute de nouvelles stations de base.
IV. Les contraintes du WIMAX
iii. Contraintes réglementaires
Pour déployer un réseau WIMAX, il faut nécessairement être détenteur d'une licence. Selon l'ARTP (Agence de Régulation des Télécommunications et des Postes), en matière d'autorisation d'installation d'un réseau, la réglementation au SENEGAL est neutre technologiquement.
Par conséquent, quelle que soit la technologie utilisée, le code des télécommunications prévoit deux types de régimes :
? Un régime de licence pour les réseaux ouverts au grand public et qui
est soumis à un appel d'offre, et qui est attribué par l'Etat du SENEGAL
? Un régime d'autorisation pour installation d'un réseau indépendant
destiné à un groupe fermé.
iv. Contraintes techniques
· La nécessité de disposer d'un point haut car l'émetteur doit être placé sur un point haut (pylône par exemple) pour assurer la meilleure couverture spatiale possible.
· desservir les stations de base WIMAX par un réseau de collecte (fibre optique, faisceau hertzien...)
23
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
· besoin d'une ligne de vue : dans la théorie, la couverture peut aller jusqu'à 15 km en ligne de vue. En non ligne de vue la portée chute rapidement et est alors de l'ordre de 5 à 10 km
· éligibilité soumise à de nombreux paramètres : plusieurs paramètres interviennent dans l'éligibilité d'un site. Cependant il est difficile de dire si un site recevra ou non le signal même dans un rayon de quelque kilomètres autour de la station de base.
· Le débit maximum qui est de quelques dizaines de Mbit/s est partagé entre tous les utilisateurs raccordés à une même station de base.
V. Conclusion
Dans ce chapitre, on a vue comment se fait le dimensionnement d'un réseau WIMAX avec tous les calculs nécessaires pour optimiser les ressources et selon le type de terrain à étudier.
Dans le chapitre qui suit, il est question d'exploiter ces résultats pour faire le dimensionnement d'un réseau WIMAX pour couvrir toute la région de Dakar.
24
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
MISE EN PLACE D'UN RESEAU
|
25
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
I. Introduction
Apres une étude détaillée de la technologie WIMAX et de son ingénierie, nous allons passer à une étude de cas pratique pour la région de Dakar.
L'objet de ce chapitre, après une brève étude de la région de Dakar, sera de configurer, dimensionner et analyser en termes de qualité de service (QoS) ce réseau.
II. Choix de la région de Dakar
Notre choix a été porté sur Dakar pour des raisons simples. Dakar est la capitale du Sénégal et est la région la plus peuplée avec plus de deux (2) millions d'habitants mais aussi la plus petite avec 0.28% de la superficie du pays. Les 80 % des activités économiques du pays sont à Dakar.
III. Etude de la région de Dakar
Dakar se situe dans une zone tropicale subdésertique avec une superficie de 550 km2 et une population de 2 462 071 habitants. Son altitude moyenne est de 27 m (minimum = 0 m, maximum = 104 m), sa croissance démographique est importante et son nombre d'habitants s'élève rapidement. La région de Dakar est divisée en quatre (4) départements : Dakar, Pikine, Rufisque et Guédiawaye avec une répartition de la population indiquée sur le tableau suivant :
26
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
|
Départements |
Superficie |
Population |
Densité |
|
Dakar |
87.5 km2 |
1 073 319 hbts |
12 266 hbts/km2 |
|
Pikine |
77.5 km2 |
767 374 hbts |
9 902 hbts/km2 |
|
Guédiawaye |
14 km2 |
315 966 hbts |
22 569 hbts/km2 |
|
Rufisque |
371 km2 |
305 412 hbts |
824 hbts/km2 |
Tableau IIi1 : Répartition de la population dans les départements
On peut également voir la densité de la région de Dakar sur la carte cidessous
Figure IIi1 : densité de la région de Dakar
i. Model de base
Notre choix se porte sur la région de Dakar qui a une superficie de 550 km2 et comportant les trois types de terrain à savoir un terrain de type A, un terrain de type B et un terrain de type C.
27
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Nous allons d'abord déterminer le nombre de stations de base nécessaires pour couvrir cette surface tout en tenant compte de la topologie du terrain. Cela requiert la connaissance du modèle de propagation à appliquer pour déterminer la surface couverte par chaque cellule.
Dakar n'étant pas uniforme du point de vue de la topologie, le modèle de propagation à appliquer sera variable. Ainsi, deux choix se présentent :
· Soit on divise la zone en sous zones de type A, B et C et on calcule séparément le nombre de BS nécessaire pour chaque sous zone.
· Soit on suppose que toute la zone est de type A et on calcule le nombre de BS nécessaire (d'où un nombre important de BS) puis on recalcule en supposant que la zone est de type C (d'où un nombre limité de BS) et suivant les besoins on sous-dimensionne ou on surdimensionné.
Nous avons opté pour le deuxième choix qui semble le mieux car pour le premier, on peut avoir des types de terrain éparpillés sur toute la zone d'étude et le nombre de BS peut ne pas être facilement déployable par exemple si on trouve 0.28 BS nécessaires pour une sous zone, on placera une BS qui va forcément déborder sur les sous zones avoisinantes ce qui correspondra a un surdimensionnement.
Les départements de Dakar, Pikine et Guédiawaye seront assimilés au terrain de type A et Rufisque au terrain de type B. Ainsi après les différents calculs nécessaires, on obtient les résultats suivants :
|
Départements |
Nombre de BS |
|
Dakar (rurbain) |
6 |
|
Pikine (rurbain) |
6 |
|
Guédiawaye (rurbain) |
2 |
|
Rufisque (rural) |
6 |
Tableau III.2 : nombre de BS requises pour couvrir les différents départements
28
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
ii. Paramètre du modèle
1. Paramétrage du système
Pour le paramétrage du système, les valeurs utilisées sont extraites de la spécification officielle fournie par l'IEEE 802.16-2004 et qui garantissent un haut niveau de performance.
Voici les paramètres choisis :
|
|
|
|
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|||
Tableau III.3 : paramètres du réseau
2. Paramétrage des stations de base
Le modèle de propagation choisit étant le modèle SUI, les BS seront configurés de manière différente selon le milieu (terrain de type A, B ou C). Il y aura aussi calcul du budget de liaison.
Pour chaque BS, les paramètres sont les suivants :
|
Paramètre |
Valeurs |
29
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
|
Modèle de propagation |
Modèle SUI ou modèle IEEE 802.16 |
|
Hauteur de l'antenne |
20 m |
|
Nombre de secteurs |
3 secteurs |
|
PIRE |
37 W |
|
Type de l'antenne |
Simple Smart Antenna |
Tableau III.4 : paramétrage des stations de base
3. Paramétrage de CPE
Il s'agit de fixer le type d'antenne à utiliser, le gain, le type de modulation, la PIRE, le rapport signal sur bruit .
Le CPE (Customer Premise Equipement) est l'équipement au niveau de l'abonné. Il est constitué d'une partie placée à l'extérieur du bâtiment (antenne) et d'un boitier interface placé à l'intérieur.
4. Paramétrage fréquentiel
Pour une bonne disposition des BS, une planification des fréquences est nécessaire afin d'éviter les interférences. Ces derniers peuvent être soit co-canal soit canal adjacent. Pour minimiser les interférences co-canal, les antennes utilisées au niveau des BS étant trisectorielles, les fréquences des trois secteurs d'une même antenne doivent être distincts. Pour minimiser au maximum les interférences canal adjacent, il faut que les fréquences des secteurs provenant d'antennes différentes et adjacents entre elles soient distinctes. L'affectation des fréquences se fait de la manière suivante :
30
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Figure III.2 : planification fréquentielle
Le Débit et la portée sont les avantages majeurs du WIMAX d'où la nécessitéde faire des calculs pour voir concrètement et numériquement leur valeur selon le type de terrain.
Lee modèle de propagation est le SUI model car on est dans les conditions de NLOS.
L'équation de l'atténuation de parcours est donc pour d>d0 :
On a choisi les paramètres numériques suivants :
Paramètre
Fréquence
Valeur
3.5 GHZ
31
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
|
41.225 |
|||
|
hb hauteur BS |
20 m |
||
|
= (a - b x hb + c/hb) |
3.75 pour un terrain du type A |
||
|
hr hauteur récepteur |
2 m |
||
|
Xf |
1.59 |
||
|
Xh |
0 |
||
|
S |
10 dB |
||
Tableau III.5 : Paramètre de l'affaiblissement de parcours
Ainsi l'affaiblissement de parcours en fonction de la distance se présente comme suit :
|
Pour un terrain de type A : |
Au total 20 stations de base ont été utilisées pour assurer la couverture de toute la région de Dakar. Elles seront réparties sur le terrain de la manière suivante :
32
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Figure III.3 : Répartition des BS dans la région de Dakar
On a veillé à ce que tous les BS soient placées sur des points hauts (pylône, immeuble..) afin d'obtenir une meilleure qualité du signal et une couverture plus importante.
Pour une meilleure compréhension du dimensionnement, une étude du département de Dakar a été prise exemple.
Le département de Dakar a été considère comme une zone rurbaine (en indoor) et après calcul, le nombre de BS nécessaire pour couvrir cette zone de 87.5 km2 est de 6 (six).
33
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Figure III.4 : couverture cellulaire de Dakar
On placera une BS à Plateau, à Hann Bel-air, à Liberté, à Ngor, à Yoff et aux Parcelles Assainies. Pour les autres régions ça sera la même procédure.
Au cours de ce chapitre on a étudié un cas pratique de planification et de dimensionnement d'un réseau WIMAX pour la région de Dakar. On a fait les différents calculs nécessaires pour déterminer et placer les BS de manière a avoir une meilleur couverture. On a aussi paramétré le modèle de propagation choisit.
On a donné l'exemple de couverture avec la représentation des cellules et de BS au niveau de la carte du département de Dakar.
34
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
35
L'objectif principal de ce travail était d'étudier la technologie WIMAX de manière détaillée afin de l'implémenter pour la région de Dakar. Son installation moins couteuse, plus simple et rapide fait de cette technologie un concurrent à l'ADSL. De plus elle apporte de meilleures performances en termes de débit et de portée.
Pour mieux comprendre cette technologie, on a commencé par une présentation et une étude détaillée de son architecture en couche. Nous avons aussi illustré l'architecture d'un tel réseau et ses différents composants.
Par la suite, nous avons abordé le processus de dimensionnement d'une réseau WIMAX mais tout d'abord nous avons fait l'analyse du bilan de liaison afin d'estimer l'affaiblissement maximal de parcours entre émetteur et récepteur. Apres cette étape nous avons calculé la portée maximale d'une cellule en utilisant les modèles de propagation conformément au type de terrain d'étude. Les différents modèles de propagation susceptible d'être utilisés lors de la planification d'un réseau WIMAX ont été présentés.
Enfin, nous avons fait l'étude d'un cas ; il s'agit de déployer un réseau WIMAX pour la région de Dakar. En premier lieu nous avons dimensionné le réseau en utilisant les spécifications de l'IEEE 802.16-2004. En dernier lieu, nous avons placé les différentes stations de base trouvée lors du dimensionnement de manière à couvrir toute la région de Dakar.
Ce travail nous a permis de mieux cerné cette technologie, de comprendre son dimensionnement qui est lié au processus de planification de la couverture. Il nous a aussi permis de travailler dans des conditions de précision et de rigueur où toutes les décisions doivent suivre une certaine logique.
36
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
http://www.WiMAXworld.com http://www.WiMAX-fr.com/ www.WiMAXforum.org www.ieee802.org/16
http://www.wimax.free.fr./ http://www.supinfo-projects.com http://www.intel.com/
http://www.wimaxfr.com/ http://www.csdptt.org/
http://www.zoneadsl.com/ http://www.compute-rs.com/ http://www.commentcamarche.net/contents/wimax/ http://www.wikipedia.org/wiki/wimax/ http://www.jade-telecom.com/ http://www.senegal-online.com/ http://www.lesoleil.sn/
37
Présenté et soutenu par Mr Youssoupha CASSE
